司马迁的卒年比生年更加难以考定，因为更加缺乏直接的吏料。学术界推定司马迁的卒年共有七种说法，没有一种说法具有能够足以成立的史证，为省篇幅不一一俱引。如果没有新的史料发现，司马迁卒年之谜就永远不可能揭开。在史料未见的情况下，迫不得已而运用推理论证，提出一个具有实际意义的说法以供评说。推理论证必须符合两个原则：第一，要从确定的已知条件中引申，而不能凭主观猜想；第二，要符合逻辑程序，而不能陷入因果互证，循环转圈。按这两点精神，推论亦能求得共识。
学术界推论司马迁的卒年，主要是以下两个方法。
1.用《史记》记事的下限来估算，这是王国维的方法。他确信贰师将军李广利降匈奴为司马迁最晚之记事，时在征和三年。三年后汉武帝辞世。王国维假定司马迁享年六十岁，故估定司马迁死于昭帝之初的始元元年，但并无可靠依据，只是认为司马迁最晚记事已至征和三年临近武帝卒年，所以提出了一个情理上的假说。为了谨慎，王国维的结论是：案，史公卒年，绝不可考。然视为与武帝相终始，当无大误也。
这再次体现了王国维存疑的考信精神。"史公卒年，绝不可考"，说的是没有证据，就不能考定司马迁的绝对卒年。由于《史记》是司马迁生前定稿之作，并不是一部未完之书，所以在逻辑上是不能用《史记》的记事下限来考证史公卒年的。但是，又由于《史记》是一部有严格体例的著作。其下限在太初四年。太初以后，司马迁有附记增补，这在逻辑上就存在最后记事为绝笔的可能。所以王国维考定征和三年贰师将军降匈奴为司马迁手笔，并认为这是最晚记事之后，于是提出"然视为与武帝相终始，当无大误"的结论。由于王国维的这一案语符合逻辑程序，是能够成立的。但是王国维推论的证据不足，还需要进一步完善。
2.根据《太史公自序》的《集解》引卫宏《汉旧仪》说司马迁有怨言，下狱致死的话，以《报任安书》的写作之年来定司马迁的卒年，这是郭沫若等人的方法。清人成首发此论。他在《箬园日札》卷五《史记》"为两汉人所乱非由褚先生"条认为，征和二年任安坐戾太子事下狱死，"而太史竟坐是以死，死固在武帝前"。郭沫若力主此说，今之时贤多有信从者，大有定论之势。由于对《报书》写作年代的不同看法，用此法推定司马迁的卒年就有四说，为太始元年说，太始四年说，征和二年说，征和三年说等等。但是按照推理论证要有确定的已知条件与符合逻辑两个标准来衡量，这一方法是不能成立的。从逻辑上说，司马迁果真因怨言而下狱死，那就是死于汉武帝的文字狱，《史记》岂能不被禁毁？汉武帝诛其人而留其书，这是不合逻辑的。如果司马迁写完《史记》，已无牵无挂，他要公开向汉武帝挑战，诉冤泄愤，写完《报书》而勇敢地自裁才合情理。如果司马迁不作自裁，他既要泄愤，而又等着汉武帝来把他投进监狱，再一次受刑辱，这既不合逻辑，也不符合《报任安书》的精神。再看事实，卫宏说"有怨言，下狱死"，这个已知前提就有争议，它不能成为推论的起点。试辨析如下。
其一，卫宏书多疏失，《太史公自序》的《集解》引臣瓒说，《汉书·司马迁传》注引晋灼说，都指出了卫宏所说多不实，"未可以为正。"其二，卫宏所言的"怨言"，系指《史记》，今人移作《报任安书》，比卫宏走得更远。先看卫宏的原说：司马迁作《景帝本纪》极言其短及武帝过，武帝怒而削去之，后坐举李陵，李陵降匈奴，故下迁蚕室，有怨言，下狱死。
《三国志·王肃传》及葛洪《西京杂记》，有类似记载，实为卫宏说的转录或派生，不可据以为旁证。卫宏说司马迁坐"举"李陵，就与《报书》所言"夫仆与李陵俱居门下，素非相善也，趣舍异路，未尝衔杯酒接殷勤之欢"相乖谬。再看卫宏所指怨言，从行文语气均指《史记》，并具体点出篇目系景、武之本纪。武帝削书，正如梁玉绳指出："《封禅》、《平准》诸篇，颇讥切，又何以不削？"①班固载宣帝时杨恽宣布《太史公书》只字未提削书事。西汉大儒刘向、扬雄都极为推重《史记》为"实录"，褚少孙、冯商等人皆受诏续补《太史公书》。西汉时《史记》未有谤书之议，故续作者前后相继。东汉禁网渐密，章帝时白虎观集议五经同异，随后又诏杨终"删《太史公书》为十余万言"①，谤书之说渐起，至魏晋之际才正式有此谤议。西汉时没有人提出《史记》有亡缺，东汉卫宏是第一个提出《史记》被削除景、武二纪的人，大约武帝纪的亡失是在两汉兴亡之际，或为东汉当路者删，卫宏言是适应东汉政治形势而制作的，如此推论，或许才合逻辑。
其三，班固《司马迁传赞》所云"既陷极刑，幽而发愤"，显系指遭李陵祸受腐刑的事件，故不能以班书为卫宏言之佐证。班固也曾因作史被人诬告下狱，所以他同情司马迁，"《书》亦信矣"，"亦其所以自伤悼"云云，正讽刺汉武帝滥用"极刑"，牢骚情绪溢于笔端，《报书》就是赖《汉书》